JPS6012737A - 窒化シリコン膜の製造方法 - Google Patents
窒化シリコン膜の製造方法Info
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- JPS6012737A JPS6012737A JP58118079A JP11807983A JPS6012737A JP S6012737 A JPS6012737 A JP S6012737A JP 58118079 A JP58118079 A JP 58118079A JP 11807983 A JP11807983 A JP 11807983A JP S6012737 A JPS6012737 A JP S6012737A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
- H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
- H01L21/02112—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
- H01L21/02123—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon
- H01L21/0217—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon the material being a silicon nitride not containing oxygen, e.g. SixNy or SixByNz
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
く技術分野〉
本発明はスパッタリング法によって窒化シリコン(以下
SiNと略記する)膜を作製するための製造方法に関す
るもので、特に薄膜の安定化処理に関するものである0 〈従来技術〉 近年SiN膜は、集積回路素子における選択酸化時のマ
スクとして、或は表面保護膜等として広く利用されてい
る。従来から用いられているこれ等のSiN膜は通常各
種CVD法によって作製されるが、低温で作製された膜
は膜密度が低く、また膜作製後め熱処理で膜の内部応力
が大きく変化したり、なかには被着されるべき基板から
剥離して所期の目的を達成し得ない事態がしばしば生じ
ていた。
SiNと略記する)膜を作製するための製造方法に関す
るもので、特に薄膜の安定化処理に関するものである0 〈従来技術〉 近年SiN膜は、集積回路素子における選択酸化時のマ
スクとして、或は表面保護膜等として広く利用されてい
る。従来から用いられているこれ等のSiN膜は通常各
種CVD法によって作製されるが、低温で作製された膜
は膜密度が低く、また膜作製後め熱処理で膜の内部応力
が大きく変化したり、なかには被着されるべき基板から
剥離して所期の目的を達成し得ない事態がしばしば生じ
ていた。
SiN膜を上述のように選択酸化時のマスクや、1〜2
層程度の比較的少ない積層構造からなる多層配線用の層
間絶縁膜として利用している限りでは、上記のような従
来方法によって作製した膜でも利用することができる。
層程度の比較的少ない積層構造からなる多層配線用の層
間絶縁膜として利用している限りでは、上記のような従
来方法によって作製した膜でも利用することができる。
しかし集積度の飛躍的な向上のもとに開発が進められて
いる積層高密度集積回路素子デバイス間に介挿する絶縁
層としては、上記従来方法によって作製したSiN膜で
は問題がある。
いる積層高密度集積回路素子デバイス間に介挿する絶縁
層としては、上記従来方法によって作製したSiN膜で
は問題がある。
即ち第1図は従来から提案されている積層高密度集積回
路素子の断面図で、実際には更に多層に積層されるが、
図が複雑になるのを避けるため集積回路デバイス10.
20を2層に積層した例を示す。シリコン基板11に不
純物拡散領域12を作製し、適宜配線18によって電気
的接続を施こした第1層目のデバイス10上に、第2層
目デバイス20を積層するが、両デバイス10.20間
にはデバイス間の電気的絶縁を図るために絶縁膜80を
介挿する。回路を作製した第1層目デバイス10上に絶
縁膜30を被着した後、第2層目デバイス20のための
ポリシリコン膜21を形成し、該ポリシリコン膜21内
の一部の領域にレーザー光を照射してレーザーアニール
によってポリシリコンを単結晶化する。単結晶化した領
域にP或いはN型の不純物を導入して回路素子22を作
製し、第2層目デバイス20を作製する。同様に第2層
目デバイス20上にも絶縁膜を介して順次集積回路デバ
イスを積層し、少なくとも5層以上にデバイスを積層し
て非常に集積度の高い三次元回路素子とする。
路素子の断面図で、実際には更に多層に積層されるが、
図が複雑になるのを避けるため集積回路デバイス10.
20を2層に積層した例を示す。シリコン基板11に不
純物拡散領域12を作製し、適宜配線18によって電気
的接続を施こした第1層目のデバイス10上に、第2層
目デバイス20を積層するが、両デバイス10.20間
にはデバイス間の電気的絶縁を図るために絶縁膜80を
介挿する。回路を作製した第1層目デバイス10上に絶
縁膜30を被着した後、第2層目デバイス20のための
ポリシリコン膜21を形成し、該ポリシリコン膜21内
の一部の領域にレーザー光を照射してレーザーアニール
によってポリシリコンを単結晶化する。単結晶化した領
域にP或いはN型の不純物を導入して回路素子22を作
製し、第2層目デバイス20を作製する。同様に第2層
目デバイス20上にも絶縁膜を介して順次集積回路デバ
イスを積層し、少なくとも5層以上にデバイスを積層し
て非常に集積度の高い三次元回路素子とする。
上記積層高密度集積回路素子において、デバイス間忙介
挿する絶縁膜80はSiN膜や酸化シリコン膜が用いら
れるが、デバイス間の電気的絶縁を確実に行うものでな
ければならず、また順次デバイスを積層してゆぐ過程で
熱処理やその他の作業環境に晒しても変形したシブバイ
ス表面から剥離してはならない。しかし上述のような従
来方法によって作製したSiN膜Ifi膜密度が低く、
そのために電気的絶縁性が充分ではなく、また薄膜中の
内部応力が熱処理中に変化してそのためにシリコン基板
が変形する等の不都合があった。
挿する絶縁膜80はSiN膜や酸化シリコン膜が用いら
れるが、デバイス間の電気的絶縁を確実に行うものでな
ければならず、また順次デバイスを積層してゆぐ過程で
熱処理やその他の作業環境に晒しても変形したシブバイ
ス表面から剥離してはならない。しかし上述のような従
来方法によって作製したSiN膜Ifi膜密度が低く、
そのために電気的絶縁性が充分ではなく、また薄膜中の
内部応力が熱処理中に変化してそのためにシリコン基板
が変形する等の不都合があった。
〈発明の目的〉
本発明は上記従来の製造方法によって作製したSiN膜
の問題点に鑑みてなされたもので、たとえ熱処理を施こ
したとしても内部応力がほとんど変化しない熱的に安定
なSiN膜を得ることができるSiN膜の製造方法を提
供するもので、スパッタ成膜に引き続き加熱処理するこ
とよシ膜の安定化を図る。
の問題点に鑑みてなされたもので、たとえ熱処理を施こ
したとしても内部応力がほとんど変化しない熱的に安定
なSiN膜を得ることができるSiN膜の製造方法を提
供するもので、スパッタ成膜に引き続き加熱処理するこ
とよシ膜の安定化を図る。
〈実施例〉
マグネトロンスパッタリング装置の反応槽に設けられた
相対向する電極の一方に被スパツタ材料をセットし、他
方の電極にSiN膜を堆積すべき集積回路デバイス基板
をセットする。各電極に夫々の部材をセットした後反応
槽内に所定の不活性ガスを導入し、電極何に電圧を供給
する。スパッタリング装置の稼動によって高周波電圧が
電極間に印加され、被スパツタ材料から飛び出したSi
N膜作製のだめの分子或いは原子が基板表面に堆積 −
し、SiN薄膜を生成する。
相対向する電極の一方に被スパツタ材料をセットし、他
方の電極にSiN膜を堆積すべき集積回路デバイス基板
をセットする。各電極に夫々の部材をセットした後反応
槽内に所定の不活性ガスを導入し、電極何に電圧を供給
する。スパッタリング装置の稼動によって高周波電圧が
電極間に印加され、被スパツタ材料から飛び出したSi
N膜作製のだめの分子或いは原子が基板表面に堆積 −
し、SiN薄膜を生成する。
尚本実施例におけるSiN膜の成膜条件は、次に施こす
安定化熱処理の効果を確認し易、くするため、比較的低
い膜密度のSiN膜にならざる得ない条件、即ち、基板
温度を室温に保持し、スパッタ時のパワー密度を8.5
W/cd以下に設定して成膜させる。このような成膜条
件で/fi膜密度が低くなるが、基板温度を室温以上に
高めることによシ、またパワー密度を8.5W/1!以
上に選んで成膜することによシ膜密度は高くなる。後者
の成膜条件によって生成したよシ膜密度の高いSiNg
に勿いては、前者の条件によって生成したSiN膜に比
べて緻密度が増すため、次に述べる安定化の熱処理は前
者の膜密度の低いSiN膜で確認できるならば、後者の
条件で成膜したSiN膜でも安定化の効果は得ることが
できる。
安定化熱処理の効果を確認し易、くするため、比較的低
い膜密度のSiN膜にならざる得ない条件、即ち、基板
温度を室温に保持し、スパッタ時のパワー密度を8.5
W/cd以下に設定して成膜させる。このような成膜条
件で/fi膜密度が低くなるが、基板温度を室温以上に
高めることによシ、またパワー密度を8.5W/1!以
上に選んで成膜することによシ膜密度は高くなる。後者
の成膜条件によって生成したよシ膜密度の高いSiNg
に勿いては、前者の条件によって生成したSiN膜に比
べて緻密度が増すため、次に述べる安定化の熱処理は前
者の膜密度の低いSiN膜で確認できるならば、後者の
条件で成膜したSiN膜でも安定化の効果は得ることが
できる。
前述のように基板を室温に保持し、3.5W/cJ以下
のパワー密度でスパッタリングによ膜作製したSiN膜
について、次に緻密化と内部応力安定化のためにタング
ステンハロゲンランプ光照射を試料両面から行うことに
よシ熱処理を行った。第2図は上記熱処理に用いたタン
グステンハロゲンランプ光照射装置で、上述のようにス
パッタリングによって成膜されたSiN膜を有する集積
回路基板44が保持器具43に支持されて透光性のケー
ス42内に納められ、基板440両面に配置されたタン
グステンハロゲンランプ40の光が照射される。41は
ランプ光の効率化を図るための反射板である。
のパワー密度でスパッタリングによ膜作製したSiN膜
について、次に緻密化と内部応力安定化のためにタング
ステンハロゲンランプ光照射を試料両面から行うことに
よシ熱処理を行った。第2図は上記熱処理に用いたタン
グステンハロゲンランプ光照射装置で、上述のようにス
パッタリングによって成膜されたSiN膜を有する集積
回路基板44が保持器具43に支持されて透光性のケー
ス42内に納められ、基板440両面に配置されたタン
グステンハロゲンランプ40の光が照射される。41は
ランプ光の効率化を図るための反射板である。
第3図はスパーツタ成膜した厚さ約2400人のSiN
膜に、試料温度が600℃になるようなパワでタングス
テンハロゲンランプ光を照射する処理を施こした時の、
照射時間(秒)とSiN膜のエツチング速度(17分)
との関係を示す実験結果である。エツチング液としては
49%フッ酸を用い、液温30℃でエツチングを行った
。第3図より5秒間の照射でエツチング速度は急激に減
少し、それ風上照射時間を長くしてもエツチング速度の
減少は見られないことがわかる。これ//i5秒間の照
射でSiN膜の緻密化が完了していることを示している
。
膜に、試料温度が600℃になるようなパワでタングス
テンハロゲンランプ光を照射する処理を施こした時の、
照射時間(秒)とSiN膜のエツチング速度(17分)
との関係を示す実験結果である。エツチング液としては
49%フッ酸を用い、液温30℃でエツチングを行った
。第3図より5秒間の照射でエツチング速度は急激に減
少し、それ風上照射時間を長くしてもエツチング速度の
減少は見られないことがわかる。これ//i5秒間の照
射でSiN膜の緻密化が完了していることを示している
。
第4図はスパッタ成膜した厚さ約2400スの3iN膜
にタングステンハロゲンランプ光照射した時の、照射時
間(秒)とSiN膜の内部応力との関係を示す実験結果
である。第4図において実線Aはスパッタリング後のS
iN膜に試料温度が600℃になるようなパワーでタン
グステンハロゲンランプ光照射した場合の照射時間(秒
)とSiN膜の内部応力(X109dynAJ)との関
係を示し、照射開始の初期5秒間で内部応力は大きく変
化し、20秒照射後はほぼ一定値を示して変化がなく、
内部応力が安定化したことを示す。第4図の破線BFi
同SiN膜を800℃になるようなパワーでタングステ
ンハロゲンランプ光照射した場合で、10秒照射で内部
応力の安定化が達成されるただし15秒以上照射を続け
ると基板シリコンに欠陥が発生し、見かけ上SiN膜の
内部応力が減少する。第4図の一点偵線Cは同SiN膜
を1000℃になるようなパワーでタングステンハロゲ
ンランプ光照射した場合で、内部応力の安定化が達成さ
れる前に基板シリコンに欠陥が発生し始めることがわか
る。以上の結果から600℃では20秒以上、800℃
では10〜15秒タングステンハロゲンランプ光照射を
行えば緻密で内部応力の安定化したスパッタSiN膜が
得られることがわかる。この膜を800℃以下の温度で
通常の電気炉等で再度熱処理しても膜の内部応力はほと
んど変化が見られなかった。
にタングステンハロゲンランプ光照射した時の、照射時
間(秒)とSiN膜の内部応力との関係を示す実験結果
である。第4図において実線Aはスパッタリング後のS
iN膜に試料温度が600℃になるようなパワーでタン
グステンハロゲンランプ光照射した場合の照射時間(秒
)とSiN膜の内部応力(X109dynAJ)との関
係を示し、照射開始の初期5秒間で内部応力は大きく変
化し、20秒照射後はほぼ一定値を示して変化がなく、
内部応力が安定化したことを示す。第4図の破線BFi
同SiN膜を800℃になるようなパワーでタングステ
ンハロゲンランプ光照射した場合で、10秒照射で内部
応力の安定化が達成されるただし15秒以上照射を続け
ると基板シリコンに欠陥が発生し、見かけ上SiN膜の
内部応力が減少する。第4図の一点偵線Cは同SiN膜
を1000℃になるようなパワーでタングステンハロゲ
ンランプ光照射した場合で、内部応力の安定化が達成さ
れる前に基板シリコンに欠陥が発生し始めることがわか
る。以上の結果から600℃では20秒以上、800℃
では10〜15秒タングステンハロゲンランプ光照射を
行えば緻密で内部応力の安定化したスパッタSiN膜が
得られることがわかる。この膜を800℃以下の温度で
通常の電気炉等で再度熱処理しても膜の内部応力はほと
んど変化が見られなかった。
上記SiN膜を積層高密度集積素子のデバイス間絶縁膜
とすることによシ、電気的絶縁性にすぐれ、しかも製造
工程中に割れたり変形することのない絶縁膜を得ること
ができ、多数のデバイスを積層してより高密度な装置を
得ることができる0上記実施例はマグネトロンスパッタ
リング法を利用した場合を挙げたが、通常のRFス/N
6ツタリング法を利用する場合でも本発明を適用するこ
とができる。
とすることによシ、電気的絶縁性にすぐれ、しかも製造
工程中に割れたり変形することのない絶縁膜を得ること
ができ、多数のデバイスを積層してより高密度な装置を
得ることができる0上記実施例はマグネトロンスパッタ
リング法を利用した場合を挙げたが、通常のRFス/N
6ツタリング法を利用する場合でも本発明を適用するこ
とができる。
く効果〉
以上本発明によれば、スパッタリング法によってSiN
膜を作製した後、600〜8oo℃になるようなパワー
でタングステンハロゲンランプ光照射を、基板シリコン
に欠陥が発生しない時間内で行うことによシ、緻密で熱
的に内部応力の安定したSiN膜を得ることができる。
膜を作製した後、600〜8oo℃になるようなパワー
でタングステンハロゲンランプ光照射を、基板シリコン
に欠陥が発生しない時間内で行うことによシ、緻密で熱
的に内部応力の安定したSiN膜を得ることができる。
第1図は積層高密度集積素子の概略断面図、第2図は本
発明における熱処理に用いたタングステンハロゲンラン
プ光照射装置の模式図、第3図は本発明によるスパッタ
SiN膜の特性を説明するためのタングステンハロゲン
ランプ光照射時間とスパッタSiN膜のエツチング速度
の関係を示す図、第4図は本発明によるスパッタSiN
膜のタングステンハロゲンランプ光照射時間と膜の内部
応力の関係を示す図である。 lO:第1層目デバイス 20:第2層目デバイス 3
0ヱ絶縁層 第1図 卯 卯 第2図 照射時rll <v> 厘射埼聞 け〉 CO−
発明における熱処理に用いたタングステンハロゲンラン
プ光照射装置の模式図、第3図は本発明によるスパッタ
SiN膜の特性を説明するためのタングステンハロゲン
ランプ光照射時間とスパッタSiN膜のエツチング速度
の関係を示す図、第4図は本発明によるスパッタSiN
膜のタングステンハロゲンランプ光照射時間と膜の内部
応力の関係を示す図である。 lO:第1層目デバイス 20:第2層目デバイス 3
0ヱ絶縁層 第1図 卯 卯 第2図 照射時rll <v> 厘射埼聞 け〉 CO−
Claims (1)
- 1、 スパッタリング法によってシリコン基板上に窒化
シリコン膜を作製する方法において、スノ々ツタ成膜後
、600〜800℃の温度で、且つシリコン基板にほと
んど欠陥を生じさせない時間加熱処理1.て内部応力の
値を安定化せしめることを特徴とする窒化シリコン膜の
製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP58118079A JPS6012737A (ja) | 1983-07-01 | 1983-07-01 | 窒化シリコン膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP58118079A JPS6012737A (ja) | 1983-07-01 | 1983-07-01 | 窒化シリコン膜の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6012737A true JPS6012737A (ja) | 1985-01-23 |
JPH0456453B2 JPH0456453B2 (ja) | 1992-09-08 |
Family
ID=14727472
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP58118079A Granted JPS6012737A (ja) | 1983-07-01 | 1983-07-01 | 窒化シリコン膜の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6012737A (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS634624A (ja) * | 1986-06-25 | 1988-01-09 | Sony Corp | 半導体装置の製造方法 |
US4948482A (en) * | 1987-12-29 | 1990-08-14 | Hoya Corporation | Method for forming silicon nitride film |
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JPH06333922A (ja) * | 1993-05-19 | 1994-12-02 | Nippondenso Co Ltd | 装置保護膜および装置保護膜の製造方法 |
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